一种基于费马点的烟叶配方设计方法及组合烟叶组成比例

本发明专利技术涉及一种基于费马点的烟叶配方设计方法及组合烟叶，所述方法是在获取烟叶各化学指标以及衍生指标数据的基础上，以诸指标作为各烟叶在高维配方几何空间的坐标位置；根据坐标计算出高维空间中的几何费马点；通过调整配方中各烟叶配比，使配方点，即高维空间重心点与费马点重合，获取最终的烟叶配方比例，即费马配方。本发明专利技术提供的方法能够实现烟叶配方的自动设计，且更好的提高了组合烟叶稳定性，提高配方的设计效率，有利于卷烟配方产品的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于费马点的烟叶配方设计方法及组合烟叶
本专利技术涉及一种烟叶配方设计方法，尤其是一种基于费马点的烟叶配方设计方法，还涉及烟叶配方设计方法获得的组合烟叶，属于烟草领域。
技术介绍
我国烤烟的原料类型非常多，包含43个收购等级，每个等级均具有不同产地，不同品种，不同香型风格特征等属性特征，在卷烟产品配方设计时的原料种类可达成百上千种，主要依靠专业人员来实现中式卷烟配方的设计和维护也存在一些问题和局限性，譬如评吸工作量大容易产生感官疲劳，评价结果的重复性不稳定，不同评价个体之间的偏好和评价分值梯度很难一致，可能引起产品质量的较大波动等。因此，利用多维度烟叶品质量化数据，以满足专业人员需求为导向，辅助专业人员进行配方设计与维护为目标，研究开发数字化配方设计与维护方法系统，对提高专业人员的效率、水平，实现中式卷烟的长期可持续发展具有重要作用，稳定和提升高端产品的质量等可产生积极作用。目前，现有方法所获取的多维度烟叶品质特性的客观量化数据，尚缺乏合理、有效的综合利用手段，具体体现在中式卷烟加工过程中烟叶原料模块及叶组的配方设计中目前还主要以配方设计人员的主观评价为导向的模式，配方种类繁多，缺乏有效的以客观评价量化数据为导向的配方组合推荐及比例设计，不利于产品质量、数量的长期稳定以及可持续发展。在物理学中，费马点作为整个物理系统中势能最小的点，此时系统处于平衡状态，具有较好的稳定性。在实际中，费马点常应用于地理规划，如对某些公共设施(机场、补水站等)进行空间位置设计，使这些公共设施的最优分布以及最大利用率。如何将费马点运用到配方设计中，是值得研究探索的。专利技术内容为了克服现有技术存在的缺陷，本专利技术提供基于费马点的烟叶配方设计方法。该方法通过近红外分析技术或传统实验室技术获取个烟叶化学指标含量数据的基础上，通过非线性规划的方法，以几何费马点为目标，得到每种烟叶原料在原始配方中的比例系数，即获得烟叶配比或配方。本专利技术的技术方案具体如下：一种基于费马点的烟叶配方设计方法，包括以下步骤：步骤(1)、采集若干烟叶样品，并测定各个烟叶样品的化学指标和衍生指标参数；步骤(2)、构造烟叶配方高维几何空间从步骤(1)的指标中选择部分指标作为空间几何坐标值，所有烟叶样品在该配方高维几何空间中获取不同坐标的空间分布；步骤(3)、根据构造的几何空间选择参与构造费马点的计算的烟叶样品，通过非线性规划计算费马配方对应的化学指标含量，即费马配方目标化学含量；步骤(4)、根据步骤(3)得到的费马配方目标化学含量，计算目标费马配方与各参与费马配方点计算的成分距离，以及所有距离的平均值，所述成分距离使用非线性规划进行计算，按下式进行：其中，d为成分距离，i表示第i个成分烟叶样品点，n为样品总数，j表示高维配方空间的第j维坐标轴的坐标值，m表示化学指标个数，Fj表示高维配方空间中费马点的第j维坐标值，αij表示高维配方空间中第i个成分烟叶点的第j维坐标值；步骤(5)、设置配方中各烟叶样品的比例阈值根据实际需求，设置每个烟叶样品的比例上限以及比例下限，构成费马配方计算的阈值条件组合；其中，minlimi表示第i个烟叶样品的成分含量的阈值下限，maxlimi表示第i个烟叶样品的成分含量的阈值上限，xi表示第i个烟叶样品在该配方中所占的含量；步骤(6)、建立费马配方计算的配方投影点数学模型表达：其中，β表示配方投影点在高维配方投影空间的坐标值，α表示各个烟叶样品在该空间的坐标值，m代表该空间最高维度维m；步骤(7)、根据步骤(6)，并结合步骤(4)、(5)的结果，构建费马配方非线性规划模型，其中配方点定义为：通过非线性规划方法即可计算出各个烟叶样品的比例值x1,x2,…,xn。在高维配方空间，距离信息反映不同成分之间的差异，距离越大两成分之间差异越大。由于费马点到个成分空间距离和最小，即说明费马配方合理的协调了各成分之间的差异，使所有成分保留了自身特点，同时使整个配方系统处于平衡状态，提高了配方的稳定性。进一步，步骤(1)中，所述化学指标包括总糖(TS)、还原糖(RS)、总氮(TN)、烟碱(nic)、有机钾(K)和总氯(Cl)等等。上述指标通过实验室传统方法(例如流动分析法)或常规的近红外检测获取。进一步地，步骤(1)中，根据化学指标计算衍生指标参数，包括：糖氮比、氮碱比、两糖比和糖碱比，按表1进行计算：表1衍生指标参数的计算指标计算糖氮比总糖/总氮氮碱比总氮/烟碱两糖比总糖/还原糖糖碱比总糖/烟碱进一步地，步骤(3)中，费马点计算过程中，参与运算的点，费马点到所有构造点的距离和最小；否则，在费马点计算过程中，不参与运算的点，费马点到缝合点的距离不遵循任何规律。在选择构造点时，可能由于构造点在高维配方空间中的分布情况原因，造成费马点与某构造点重合，说明该成分烟叶不适宜被选定为构造烟叶，需改设为缝合烟叶。本专利技术还涉及的一种组合烟叶，包括若干烟叶原料，烟叶原料的配方比例通过上述的烟叶配方设计方法获得。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术通过调整配方中各烟叶配比，使配方点，即高维空间重心点与费马点重合，获取最终的烟叶配方比例，即费马配方，得到的费马配方合理的协调了各成分之间的差异，使所有成分保留了自身特点，同时使整个配方系统处于平衡状态，更好的提高了烟叶(烟叶叶组)稳定性，提高配方的设计效率，有利于卷烟配方产品的稳定性。(2)本专利技术获取的费马配方与理论计算的目标费马配方相比，计算两者距离d＝5.9X10-4<0.001，两者相关性R2＝0.9999>0.8。说明该配方与理论计算的配方一致。构造选择合理，配方设计成功。(3)本专利技术基于烟叶样品的化学检测结果，能够有效的以客观评价量化数据为导向的配方组合推荐及比例设计，实现烟草配方的自动设计，利于产品质量、数量的长期稳定以及可持续发展。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限定本专利技术的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。本实施例的基于费马点的烟叶配方设计方法，包括以下步骤：步骤(1)、采集产地以及等级各不相同的10种烟叶原料，按照常规方法或近红外方法检测每种烟叶原料的总糖指数、烟碱指数、总氮指数、糖氮比、氮碱比、糖碱比等6种化学参数；各烟叶原料的特征参数如表2所示：表2、烟叶原料的化学参数编号总糖％烟碱％总氮％糖氮比氮碱比糖碱比样品142.961.631.5028.620.9226.44样品235.682.851.9718.070.6912.50样品333.553.602.2315.070.629.33样品439.821.521.5725.311.0426.21样品533.063.301.7818.550.5410.02样品636.252.082.1816.601.0517.47样品731.883.542.0115.830.579.02样品835.922.551.8219.760.7114.07样品934.162.492.4613.860.9913.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于费马点的烟叶配方设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤(1)、采集若干烟叶样品，并测定各个烟叶样品的化学指标和衍生指标参数；步骤(2)、构造烟叶配方高维几何空间从步骤(1)的指标中选择部分指标作为空间几何坐标值，所有烟叶样品在该配方高维几何空间中获取不同坐标的空间分布；步骤(3)、根据构造的几何空间选择参与构造费马点的计算的烟叶样品，通过非线性规划计算费马配方对应的化学指标含量，即费马配方目标化学含量；步骤(4)、根据步骤(3)得到的费马配方目标化学含量，计算目标费马配方与各参与费马配方点计算的成分距离，以及所有距离的平均值，所述成分距离使用非线性规划进行计算，按下式进行：

【技术特征摘要】
1.一种基于费马点的烟叶配方设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤(1)、采集若干烟叶样品，并测定各个烟叶样品的化学指标和衍生指标参数；步骤(2)、构造烟叶配方高维几何空间从步骤(1)的指标中选择部分指标作为空间几何坐标值，所有烟叶样品在该配方高维几何空间中获取不同坐标的空间分布；步骤(3)、根据构造的几何空间选择参与构造费马点的计算的烟叶样品，通过非线性规划计算费马配方对应的化学指标含量，即费马配方目标化学含量；步骤(4)、根据步骤(3)得到的费马配方目标化学含量，计算目标费马配方与各参与费马配方点计算的成分距离，以及所有距离的平均值，所述成分距离使用非线性规划进行计算，按下式进行：其中，d为成分距离，i表示第i个烟叶样品，n为样品总数，j表示高维配方空间第j维坐标轴的坐标值，m表示化学指标个数，Fj表示高维配方空间中费马点的第j维坐标值，αij表示高维配方空间中第i个烟叶样品点的第j维坐标值；步骤(5)、设置配方中各烟叶样品的比例阈值根据实际需求，设置每个烟叶样品的比例上限以及比例下限，构成费马配方计算的阈值条件组合；其中，minlimi表示第i个烟叶样品的成分含量的阈值下限，maxlimi表示第i个烟叶样...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋鹏飞，温亚东，徐济仓，马迅，
申请(专利权)人：云南中烟工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：云南,53